(57)【要約】【課題】新規な青・緑色レーザダイオードを提供すること。【解決手段】レーザダイオードを、Ｂｅを含んだII - VI族半導体からなる第１の導電型を有する第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に重なるII - VI族半導体からなる第１のガイド層と、活性層の上に重なるII - VI族半導体からなる活性層と、第２のガイド層の上に重なるＢｅを含んだII - VI族半導体からなる第２の導電型を有する第２のクラッド層とを含むII - VI族化合物半導体レーザダイオードからなるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｅを含んだII - VI族半導体からなる第１の導電型を有する第１のクラッド層と、
第１のクラッド層の上に重なるII - VI族半導体からなる第１のガイド層と、
活性層の上に重なるII - VI族半導体からなる活性層と、
第２のガイド層の上に重なるＢｅを含んだII - VI族半導体からなる第２の導電型を有する第２のクラッド層と、
を含むII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項２】
第１のクラッド層が、Ｂｅx Ｍｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅからなり、ここで、０＜ｘ≦１、かつ、０≦ｙ≦１である請求項１に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項３】
第２のクラッド層が、Ｂｅx Ｍｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅからなり、ここで、０＜ｘ≦１、かつ、０≦ｙ≦１である請求項１又は２に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項４】
式中のｘが約０．０７５であり、かつ、ｙが約０．１２である請求項２又は３に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項５】
第１のガイド層がＢｅx Ｚｎ1-x Ｓｅ（０＜ｘ≦１）からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項６】
第２のガイド層がＢｅx Ｚｎ1-x Ｓｅ（０＜ｘ≦１）からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項７】
式中のｘが約０．０３である請求項５又は６に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項８】
クラッド層およびガイド層が、単結晶半導体基板の格子定数に格子整合した請求項１〜７のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項９】
活性層が、ＣｄＺｎＳｅ、ＺｎＳｅ、ＢｅＣｄＳｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅおよびＢｅＺｎＣｄＳｅからなる群から選択される請求項１〜８のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
活性層が、ガイド層のバンドギャップエネルギーよりも少なくとも約２００ｍｅＶは小さい光学遷移エネルギーを有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、半導体レーザダイオードに関する。より詳細には、本発明は、II - VI族半導体材料から製造される青・緑色レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザダイオードは、赤外線および赤色光を発光するものであった。しかしながら、より短い波長、例えば、緑および青のスペクトル部分（すなわち、５９０〜４３０ｎｍの波長で）を放射するレーザダイオードを幅広く応用できるならば商業的な多くの利用形態が存在するであろう。さらに、そのような短い波長のレーザダイオードは、現在は赤外線かまたは赤色のレーザダイオードを使用している多くの既存のシステムの性能および能力を増大させる。
【０００３】
青・緑色レーザダイオードを製造するための努力が続けられてきた。例えば、１９９６年４月３０日にＨａａｓｅらに発行された発明の名称が“ＢＬＵＥ−ＧＲＥＥＮ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ（青・緑色レーザダイオード）”という米国特許第５，５１３，１９９号明細書（特許文献１）は、そのような例の１つである。この特許文献は、II - VI族分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＣＨ）を用いた青・緑色レーザを開示するものである。典型的には、レーザダイオードはＧａＡｓ基板上に作製され、仮像量子井戸（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）および緩和された（ｒｅｌａｘｅｄ）ＺｎＴｅを典型的に含むｐ型コンタクトを除けば、すべての層は基板と名目的に格子整合される。そのようなレーザの１つにおいては、光出力は５１５ｎｍであり、ガイド層およびクラッド層は、ＧａＡｓ基板と名目的に格子整合され、それぞれ、２．７２ｅＶおよび２．８５ｅＶのバンドギャップを有する。レーザダイオードは、量子井戸と大きい圧縮ひずみを受けているＺｎＴｅ層とを使用する。
【０００４】
この特殊な構造は有望なものと思われ、１００時間を越える室温連続発振レーザ寿命が記録された。しかしながら、青・緑色レーザダイオードの寿命、信頼性、および、出力を延ばすことは望ましいことである。米国特許第５，４２２，９０２号明細書（特許文献２）に開示されるように、Ｔｅとともにヘリリウム（Ｂｅ）を使用してオーミックコンタクトを形成することが提案されている。さらに、ＢｅＴｅおよびＢｅＭｇＺｎＳｅ合金の成長および青色を発光する初歩的なＬＥＤの製造が開示されている。しかしながら、この技術には、有益なデバイスを形成するためのＢｅを含むような方法で製造されるレーザダイオードが欠けている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，５１３，１９９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４２２，９０２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ｐｎ接合を形成するII - VI族半導体からなる複数の層を含んだII - VI族化合物分離閉じ込め型ヘテロ構造半導体レーザダイオードである。それらの層は、第１の導電型を有するＢｅを含んだII - VI族半導体からなる第１のクラッド層を含む。II - VI族半導体からなる第１のガイド層が、第１のクラッド層の上に重なる。II - VI族半導体からなる活性層が第１のガイド層の上に重なり、II - VI族半導体からなる第２のガイド層が活性層の上に重なる。活性層は、１つの量子井戸活性層かまたは複数の量子井戸活性層を備えてもよい。Ｂｅを含み第２の導電型を有するII - VI族半導体からなる第２のクラッド層が、第２のガイド層の上に重なる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
従来技術によるレーザダイオードの性能は、多くの理由による欠点を有する。従来技術によるレーザダイオードにおいては、構造中に硫黄（Ｓ）が存在するために、３元層および４元層からなる組成を制御するのが難しい。同様に、成長室におけるＳの存在は、一般にはＧａＡｓ／ＺｎＳｅ界面で起こる積層欠陥不良を発生させる。さらに、従来技術によるレーザダイオードにおいては、ｐ型コンタクト寿命が不十分なものであり、それが、ＺｎＴｅとＧａＡｓとの間の比較的に大きい格子不整合（８％）を結果としてもたらす。
【０００８】
本発明の１つの特徴は、レーザダイオードにベリリウム（Ｂｅ）を使用することであり、それは、多くの有益な結果を提供する。より詳細には、ガイド層およびクラッド層においてＳをＢｅに置き換えることによって、多くの利点が得られる。
【０００９】
本発明によるレーザダイオード１０の構造が、図１に概略的に示される。レーザダイオード１０は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によるＧａＡｓ基板上のヘテロエピタキシャル層成長によって製造された幅の広いバンドギャップを有するII - VI族デバイスである。レーザダイオード１０は、ＧａＡｓ基板に製造され、ＣｄＺｎＳｅ量子井戸活性層１８によってそれぞれが分離された下部（第１）および上部（第２）のＢｅＺｎＳｅ光ガイド層１４および１６を含む。活性層１８を挟んで反対側にある光ガイド層１４および１６の表面は、それぞれ、下部（第１）および上部（第２）のＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層２０および２２と接する。下部ＺｎＳｅ：Ｃｌバッファー層２４が、光ガイド層１４の反対側の下部クラッド層２０表面に配置される。上部ＢｅＴｎ：Ｎ／ＺｎＳｅオーミックコンタクト３４が、光ガイド層１６の反対側の上部クラッド層２２表面に配置される。
【００１０】
ＧａＡｓバッファー層２８が、下部ＺｎＳｅ：Ｃｌバッファー層２４から基板１２を分離して、コンタクト層およびそれに続く成長層の高い結晶品質を保証する。ＺｎＳｅ：Ｎ層２６、ＺｎＳｅ／ＢｅＴｅ：Ｎグレーディング層（ｇｒａｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）３６、および、ＢｅＴｅ：Ｎ層３８によってｐ型コンタクト３４が形成される。電極４１は層３８と電気的に接触する。さらに、電極４０が下部バッファー層２４の反対側に提供され、ＧａＡｓ基板１２と接触する。層２０および２４は、いずれもＣｌをドーピングされたｎ型である（すなわち、第１の導電型である）。さらに、層２２および２６は、Ｎをドーピングされたｐ型である（すなわち、第２の導電型である）。活性層１８は、ＣｄＺｎＳｅ半導体からなるドーピングがなれていない量子井戸層である。
【００１１】
本発明の特徴の１つは、ガイド層、クラッド層、および、上部コンタクト層にＢｅが使用されることである。
【００１２】
ベリリウムは、基板温度の広い範囲にわたりほぼ均一な固着確率（ｓｔｉｃｋｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を提供する。ほぼ均一な固着確率は、組成制御を大きく向上させる。さらに、Ｂｅを含んだ４元合金は、横方向に偏析することがないので、比較的に均一な横方向の組成を有する。さらに、Ｂｅは、製造中に使用されるようなＭＢＥシステムにおいて容易に制御することができるので、従来技術において典型的に使用されるＳよりもＭＢＥシステムのシャッターの周囲から漏れる心配が少ない。したがって、Ｂｅの使用は、構造における積層欠陥を減少させる。さらに、ＢｅＴｅは、従来技術のＺｎＳｅよりも高い積層欠陥エネルギーを有するので、ＧａＡｓ基板上に成長したＢｅＴｅバッファー層は、典型的な従来技術による設計よりも低い積層欠陥密度を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、ｐ型コンタクト３４のコンタクト寿命を改善する。より詳細には、ＺｎＴｅの代わりに、ＢｅＴｅがｐ型コンタクト３４に使用される。ＢｅＴｅおよびＧａＡｓは、ほんの０．３５％だけ不整合するので、約１０００ÅのＢｅＴｅ層３６および３８は、仮像のままである。結晶の品質を同時に維持しようとするのではなく、正孔注入を助けるためにｐ型コンタクト３４がディジタル的にグレーディングされ、ＺｎＳｅ／ＢｅＴｅ層３６はもっぱらこの目的だけのためにチューニングされてもよい。さらに、ＢｅＴｅの格子定数はＧａＡｓよりも小さいので、仮像を残しながら、コンタクト３４のこのグレーディングされた領域を所望の厚さにまで名目的に成長させてもよい。
【００１４】
図２は、湾曲効果（ｂｏｗｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を無視した様々な材料に対してのバンドギャップ対格子定数のグラフである。図２は、３元ガイド層および４元クラッド層に使用される、従来技術によるＳに基づいたＭｇx Ｚｎ1-x ＳyＳｅ1-y （０≦ｙ≦１）系および本発明によるＢｅ基づいたＢｅx Ｍｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）系の成分化合物のエネルギーギャップを示す。いずれの系においても、ガイド層およびクラッド層は、ＧａＡｓ基板と格子整合がとられて成長させることができる。Ｓに基づく系は、理論的には、バンドギャップにおけるより高い上限を有するが、横方向の組成変調（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が有効バンドギャップを約３．０ｅＶに制限する。したがって、本発明の改善された横方向のコンシステンシー（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）のために、Ｂｅに基づいた４元は、同じバンドギャップ領域に効果的に伸びることができる。図２において、すべての可能なバンドギャップと格子定数との対は、Ｓを含む４元の場合には菱形の領域に存在し、Ｂｅを含んだ４元の場合には三角形の領域に存在する。しかしながら、ＧａＡｓとの格子整合を残すためには、組成は、図２に示される垂直線上に留まらなければならない。Ｂｅ系およびＳ系の場合の結果として得られるバンドギャップ領域が、同様に図２に示される。また、５１５ｎｍのレーザの場合のクラッド層およびガイド層の組成も図２に示される。
【００１５】
図１に示されるレーザ構造は、Ｂｅを含んだ３元のガイド層１４、１６および４元のクラッド層２０、２２と、ＢｅＴｅ／ＺｎＳｅがディジタル的にグレーディングされたｐ型コンタクト３４とを含む。４元（クラッド層２０および２２）は、それぞれ、１μｍの厚さにまで成長させ、ガイド層１４および１６は、それぞれ、０．１３μｍの厚さにまで成長させた。ｎ型およびｐ型である４元の層２０および２２は、それぞれ、２×１０15ｃｍ-3および２×１０17ｃｍ-3の濃度でドーピングされた。４元クラッド層２０および２２のバンドギャップは、２．８４ｅＶであった。３元ガイド層１４および１６のバンドギャップは、２．７５ｅＶであった。４元および３元の場合のＸ線ピークは、それぞれ、−６０アークセカントおよび＋１００アークセカントであった。量子井戸１８の厚さは、成長速度に基づいて５５Åであることが計算され、Ｃｄ組成は、約２５％（すなわち、Ｃｄ0.25Ｚｎ0.75Ｓｅ）であった。
【００１６】
この試料から製造された典型的なデバイスは、５３０Ａ／ｃｍ2 のしきい値電流密度（５００Ａ／ｃｍ3 において）を呈し、電圧は４．５Ｖ（最小電圧は３．８Ｖ）であった。本発明の典型的な利得ガイド型デバイスにおいて光電力および電圧を電流の関数としてプロットしたグラフが図３に示される。ＣＷレーザ波長は５１１ｎｍである。
【００１７】
図４は、もう１つの実施の形態によるレーザダイオード５０を示し、ｎ型コンタクトが上方にある。すなわち、基板はｐ型である。レーザダイオード５０は、層の導電型（ｐ型かまたはｎ型）が逆にされていることを除けば、図１のレーザダイオード１０に類似する。ダイオード５０は、上述したような本発明によるＢｅを含む。
【００１８】
ここで説明される具体的な実施の形態における変形が、本発明の範囲内において考えられる。例えば、レーザは、ｐ型かまたはｎ型のいずれかの基板を含んでもよい。ｐ型の基板の場合には、基板とII - VI族の層との間での正孔の輸送を容易にするために、ディジタル的にグレーディングされたＺｎＳｅ−ＢｅＴｅコンタクトが使用されてもよい。その他の基板材料は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、あるいは、ＺｎＳｅを含む。ガイド層またはクラッド層に使用することのできるその他の合金は、ＧａＡｓ基板かまたはＺｎＳｅ基板のいずれかと格子整合がとられて成長させたＢｅＣｄＴｅあるいはＢｅＭｇＴｅを含む。好ましくは、１つの量子井戸かまたは複数の量子井戸である活性層は、ＣｄＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＢｅＣｄＳｅ、あるいは、ＢｅＣｄＺｎＳｅのような別のII - VI族の半導体を含んでもよい。
【００１９】
ＭＢＥ成長の詳細
１つの実施の形態において使用される分子線エピタキシー（ＭＢＥ）システムは、超高真空（ＵＨＶ）輸送管によって接続された２つのＭＢＥ室からなる。それぞれの室は、ゲートバルブによってシステムの他の部分から分離される。第１の室は、少なくともＧａ、Ｓｉ、および、Ｂｅのためのクヌーセン噴散セル（Ｋｎｕｄｓｅｎ  ｅｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｅｌｌ）、Ａｓのためのバルブ式クラッカーセル（ｖａｌｖｅｄ  ｃｒａｃｋｅｒ  ｃｅｌｌ）、および、基板ヒーターを備える。さらに、第１の室は、成長中の表面を評価するための反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）システムを備える。温度そのものに依存して２つの異なる手段によって基板温度が測定される。５００℃以上の温度に対しては、光高温計によって測定がなされる。５００℃以下の温度に対しては、基板ヒーターからの赤外線のＧａＡｓバンドギャップ吸収端を測定することによって温度は間接的に測定される。そして、測定された吸収端エネルギーを、ＧａＡｓに対するバンドギャップ対温度データと比較することによって温度が得られる。
【００２０】
第２のＭＢＥ室は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｔｅ、Ｃｄ、および、ＺｎＣｌ2 のためのクヌーセン噴散セル、Ｓｅのためのバルブ式クラッカーセル、Ｎ（Ｏｘｆｏｒｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｅｎｇｌａｎｄによって供給される）のためのＲＦプラズマ供給源、および、基板ヒーターを備える。この室もまたＲＨＥＥＤシステムを備える。基板温度は、上述の吸収端測定によって測定される。
【００２１】
図１のｎ型が下方にある構造１０を成長させるためには、Ｓｉをドーピングされた（００１）ＧａＡｓ基板１２が、第１のＭＢＥ室の基板ヒーター上に配置される。成長の準備として、基板からそれに吸着している酸素を脱離するために、Ａｓの過剰圧力下において約５８０℃の温度にまで基板１２が加熱される。酸素が基板から除去された後、それはＲＨＥＥＤパターンから判断されるが、基板１２は約６３０℃までさらに加熱され、ウェーハおよびウェーハホルダーから十分にガスを放出させ、完全に酸素を除去する。
【００２２】
数分後、基板１２は５８０℃まで冷却され、温度が安定してしまえば、ＳｉをドーピングされたＧａＡｓバッファー層２８が成長する。バッファー層２８の成長は、ＧａおよびＳｉのシャッターを同時に開くことによって開始する（Ａｓのバルブおよびシャッターはあらかじめ開かれている）。バッファー層２８は、１μｍ／時の速度で約０．２μｍの厚さにまで成長する。成長中のＲＨＥＥＤパターンは（２×４）となり、Ａｓに富む表面であることを示す。
【００２３】
バッファー２８が成長したら、Ａｓのバルブおよびシャッターを開いたままで、ＧａおよびＳｉのシャッターを同時に閉じることによって成長を終了させる。表面は、Ａｓが流れる中で２〜１０分かまたはそれよりも長い時間だけ成長温度でアニールされてもよい。アニーリング期間の最後で、第１のＭＢＥ室から第２のＭＢＥ室へ移送する準備として、５８０℃から約３００℃まで基板温度がランプダウンされる。基板温度が約５５０℃に到達すれば、Ａｓバルブが閉じられ、それによって、表面再構成（ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を安定したＡｓ（２×４）から安定したＧａ（３×１）に瞬間的に変化させる。この時点で、基板温度はさらにランプダウンされ、温度が５００〜５２０℃の範囲に入れば、温度ランプをすぐに停止し、Ａｓ供給源からのＡｓの流れがないために表面はそれの安定したＡｓ（２×４）再構成を回復する。（２×４）表面が十分に回復したら（数分後）、基板温度のランプダウンが再開される。ランプダウンの残り部分におけるＲＨＥＥＤパターンは、安定したＡｓ（２×４）表面のパターンである。
【００２４】
約３００℃にまで試料が冷却されたら、II - VI族の層を成長させるための第２のＭＢＥ室に移送される準備が完了する。表面に汚染物質が凝縮する確率が減少するので、より高い温度で移送するのが都合がよい。しかしながら、ここで使用されるシステムの制約から、移送する前には試料は冷却されなければならない。
【００２５】
試料を第２のＭＢＥ室に移送すると、試料は、基板ヒーター上に配置され、第１のII - VI族層２４（ＺｎＳｅ：Ｃｌ）の成長に適した温度にまで直ちに加熱される。この期間において、試料およびヒーターは、熱源に背を向けており、見通し内汚染を減少させる。試料温度が第１の層の成長温度（２００℃）に安定したら、試料を回転させて熱源に向ける。表面がそのまま安定したＡｓ（２×４）であることを確認するためにＲＨＥＥＤパターンが検査される。第１の層２４の成長は、表面をＺｎに暴露することによって開始される。１０〜２０秒以内に、表面再構成が、（２×４）から（１×４）に変化し、完全なＺｎ処理を指示する。この完全な転移に必要な時間に注意して、Ｚｎ処理は、転移時間の２倍に等しいさらなる時間だけ継続される。そして、Ｚｎシャッターが閉じられ、２５０℃にまで基板が加熱される。温度が安定すれば、単原子層エピタキシー（ＭＥＥ）によるＺｎＳｅ：Ｃｌ成長が開始される。ＭＥＥによるＺｎＳｅ：Ｃｌ成長が２５サイクルした後、通常のＭＢＥによってＺｎＳｅ：Ｃｌバッファー層２４が完全に成長するように、試料が約３００℃にまでさらに加熱される。ＺｎＳｅ：Ｃｌ層２４全体の厚さは約５００Åとなる。
【００２６】
ＺｎＳｅ：Ｃｌバッファー層２４が成長した後、ＭｇおよびＢｅのシャッターを開くことによって、下部クラッド層２０の成長が休止することなく開始される。層２０は、約１μｍ／時の成長速度で厚さ１μｍまで成長させられる。ＢｅxＭｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅ層２０の組成は、約ｘ＝０．０７５およびｙ＝０．１２であり、これは、約２．８５ｅＶの室温バンドギャップエネルギーを与え、ＧａＡｓ基板１２と（仮像の）名目的に格子整合される。層２０は、濃度が約２×１０18／ｃｍ3 になるまでｎ型にドーピングされる。別の実施の形態においては、ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層２０のバンドギャップは、２．７５ｅＶかまたはそれ以上であってもよい。良好な光閉じ込めおよびキャリア閉じ込めを提供するために、クラッド層２０および２２のバンドギャップは、ガイド層１４および１６のバンドギャップよりも少なくとも５０ｍｅＶは大きいものでなければならず、好ましくは、ガイド層１４および１６のバンドギャップよりも少なくとも１００ｍｅＶは大きい。
【００２７】
下部クラッド層２０が成長した後、成長は中断される（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、および、Ｓｅのシャッターを閉じることによって、かつ、Ｓｅのバルブを閉じることによって）。Ｂｅのセル温度は、Ｂｅx Ｚｎ1-x Ｓｅ導波層１４の成長のために下げられる。層１４の組成は、ｘ＝０．０３であり、これは、ＧａＡｓ基板１２に格子整合される。Ｂｅのセル温度が安定したら、まず、Ｓｅのバルブを開き、次に、Ｂｅ、Ｚｎ、および、Ｓｅのシャッターを開くことによって、下部ガイド層１４の成長が開始される。層１４の成長速度は、約０．９μｍ／時であり、約０．１５μｍの厚さにまで成長させられる。層１４が成長した後、Ｂｅのシャッターを閉じるのとＣｄのシャッターを開くのを同時に行うことによって、休止することなくＣｄＺｎＳｅ量子井戸１８が成長させられる。層１８のＣｄの組成は約２５％であり、厚さは約５０Åであり、これらは５１５ｎｍの波長を放射させる。別の実施の形態においては、Ｃｄ組成および量子井戸の幅を調整することによって、５５０〜４６５ｎｍの範囲で放射波長を選択することができる。室温動作における良好なキャリア閉じ込めを提供するために、活性層（典型的には量子井戸）光学遷移エネルギーは、ガイド層バンドギャップよりも少なくとも２００ｍｅＶだけ小さいものでなければならず、好ましくは、ガイド層バンドギャップよりも少なくとも３００ｍｅＶだけ小さい。
【００２８】
量子井戸１８が成長した後、Ｃｄのシャッターを閉じるのとＢｅのシャッターを開くのを同時に行うことによって、中断されることなく上部導波層１６の成長を開始させる。上部導波層１６は、０．１５μｍの厚さにまで成長させられる。上部および下部の導波層１４および１６の両方はドーピングされない。
【００２９】
上部クラッド層２２（下部クラッド層２０と同じ組成および同じ厚さ）を成長させる前に、Ｂｅセルの温度を上昇させＮプラズマを開始するために、成長は中断される。温度が安定するとすぐに、Ｓｅのバルブを開き、それから、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｅ、および、Ｎのシャッターを同時に開くことによって、上部クラッド層２２の成長を開始させる。層２２へのドーピング（ＮA −ＮD ）は、約２×１０17ｃｍ-3である。
【００３０】
１つの実施の形態においては、選択エッチを使用してその後のインデックスガイド式レーザの製造を改善するために、エッチング阻止層が含まれる。この方法は、本願と同一日付で出願された発明の名称が“ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＥＴＣＨ  ＦＯＲ  II - VI  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ（II - VI族半導体のための選択エッチ）”という同時係属出願に説明されている。典型的には、５００Åの第１のＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層が成長させられ、それから、典型的には厚さが２００ÅのＺｎＳｅかまたはＢｅＺｎＳｅであるエッチング阻止層がその上に成長させられる。そして、ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層の残り部分が成長させられる。
【００３１】
上部クラッド層２２を成長させた後、上部ｐ型コンタクト３４が成長させられる。コンタクトの成長は、ＺｎＳｅ：Ｎからなる１０００Åの層２６から開始し、交互に現れるＢｅＴｅ：ＮとＺｎＳｅとからなるディジタル的にグレーディングされた層３６がそれに続く。このグレーディングされた領域においては、ＢｅＴｅ層だけがＮをドーピングされ、ＺｎＳｅ層の成長中には、Ｎのシャッターは閉じられる。ディジタル的にグレーディングされた層３６は、１６対のＢｅＴｅ／ＺｎＳｅ層からなり、それらの対は厚さが２０〜２３Åである。第１の対の第１のＢｅＴｅ層は厚さが１〜２Åであり（２０〜２３Åの残りの部分はＺｎＳｅ）、ＢｅＴｅ層の厚さは残りの対全体にわたってほぼ線形に増加する。同様に、ＺｎＳｅ層の厚さはほぼ線形に減少し、最後のＺｎＳｅ層は厚さが１〜２Åである。ディジタル的にグレーディングされた層３６が成長したら、ＢｅＴｅ：Ｎからなる５００Åの層３８が成長させられる。どのｐ型コンタクト層間においても成長は中断されない。
【００３２】
同様に、図４に示されるように、ｐ型コンタクトが下方にある構造を成長させてもよい。この場合には、ｐ型のＧａＡｓ基板が使用される。まず最初に、上述の成長手順によってＢｅをドーピングされたＧａＡｓバッファー層が成長させられる。
【００３３】
ｐ型バッファーが第２の室に移送されると、試料は、基板ヒーター上に配置され、第１のII - VI族層を成長させるのに適した温度にまで直ちに加熱される。成長させられる第１の層は、上述したものと同じ方法でＭＥＥによって成長させたドーピングされていないＺｎＳｅであり、２００℃におけるＧａＡｓ表面のＺｎ処理から開始する。しかしながら、この場合には、層は、ほんの４つかまたは５つの単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）の厚さである。この層が成長したら、ＢｅＴｅ：Ｎからなる５００Åの層が成長させられ、その直後に、ＢｅＴｅ：Ｎ／ＺｎＳｅからなるディジタル的にグレーディングされたｐ型コンタクト層が成長させられる。ディジタル的にグレーディングされた層の後にＺｎＳｅ：Ｎからなる１０００Åの層が続く。このｐ型コンタクト構造は、ｎ型が下方にある構造と同じであるが、層の成長順序が逆である。別の実施の形態においては、ＧａＡｓバッファーに成長させられる第１の層は、最初のＧａＡｓ表面のＺｎ処理を伴うかまたは伴わない５００ÅのＢｅＴｅ：Ｎ層である。
【００３４】
ｐ型コンタクト構造が成長したら、クラッド層、導波層、および、量子井戸が、ｎ型が下方にある構造と同じ温度、組成、および、タイミングで成長させられるが、層の順序は逆である。上部ｎ型クラッド層が成長したら、電気的に接触するのを助けるためにＺｎＳｅ：Ｃｌからなる１０００Åの層が成長させられる。さらに、この層へのＣｌのドーピングは、約２×１０18／ｃｍ3 から約１０19／ｃｍ3 にまでランプアップされる。
【００３５】
設計ガイドライン
さらにより短い波長動作（５００ｎｍ以下）を効果的に提供するには、デバイス１０のガイド層１４、１６およびクラッド層２０、２２の両方のバンドギャップエネルギーを増大させなければならない。これは、ＢｅＭｇＺｎＳｅからなる２つの異なる組成をガイド層１４、１６およびクラッド層２０、２２に使用することによって実現される。クラッド層２０および２２のバンドギャップが、ガイド層１４および１６のバンドギャップよりも１００ｍｅＶかまたはそれ以上大きければ、良好な光閉じ込めを達成することができる。この設計においては、活性層１８は、例えば、ＣｄＺｎＳｅ、ＺｎＳｅ、ＢｅＣｄＳｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、または、ＢｅＺｎＣｄＳｅであってもよい。活性層１８の光学遷移エネルギーは、ガイド層２０および２２のバンドギャップエネルギーよりも少なくとも２００ｍｅＶは小さくなければならず、好ましくは、ガイド層２０および２２のバンドギャップエネルギーよりも少なくとも３００ｍｅＶは小さい。
【００３６】
クラッド層およびガイド層の適切な厚さは、主として、層の屈折率の差によって決定され、それはバンドギャップに関連する。ガイド層のバンドギャップがクラッド層のバンドギャップよりも１００ｍｅＶだけ小さければ、２つのガイド層の合計の厚さは０．１〜１．０μｍの範囲にあり、好ましくは約０．３μｍである。基板および上部電極によるレーザ光の吸収を最小限にするためには、クラッド層の厚さは、それぞれ、少なくとも０．５μｍであり、好ましくは少なくとも１．０μｍである。
【００３７】
きわめて短い波長を放射させるために、ＧａＰ基板が使用されてもよい。これは、より大きなバンドギャップのＢｅＭｇＺｎＳｅを基板に格子整合させて成長させる。
【００３８】
製造の詳細説明
これらのエピタキシャル層からレーザダイオードを製造するために、ＧａＡｓ基板１２の下部表面を短い時間（例えば、２分間）だけエッチングして基板１２の裏面から数μｍを除去することによって、ｎ型ＧａＡｓ基板１２とのオーミックコンタクトが形成される。通常のＧａＡｓエッチ液（例えば、５Ｈ2 Ｏ−１Ｈ2 Ｏ2 −１ＮＨ4 ＯＨ）がこのために使用されてもよい。５ｎｍのＰｄ、２５ｎｍのＧｅ、２００ｎｍのＡｕが、基板のエッチングされた下部表面に次々に蒸着される。そして、Ｐｄ層、Ｇｅ層、および、Ａｕ層を含むウェーハは、１８０℃で約２分間だけ窒素中かまたは形成ガス（ｆｏｒｍｉｎｇ  ｇａｓ）中においてアニーリングされる。別の実施の形態においては、基板表面は、それがエッチングされる前に、約１５０μｍの厚さにラッピングされ、滑らかにポリシングされる。
【００３９】
利得ガイド型レーザダイオードデバイスは、まず、ｐ型半導体コンタクト３４に金属コンタクトを提供することによって、エピタキシャル成長させた構造から製造される。５ｎｍのパラジウム、５０ｎｍの金、および、１ｎｍのＴｉ（Ｔｉはフォトレジストの密着性を向上させる）が、II - VI族コンタクト層の表面に次々に真空蒸着される。そして、蒸着された金属表面に幅が２０μｍの線を規定するために、一般的なマイクロエレクトロニクスリソグラフィーが実行される。そして、２０μｍの線の領域の外側にあるコンタクト３４および上述の金属層が、Ｘｅ＋イオンミーリング（ｉｏｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）によって除去される。そして、２５００ÅのＺｎＳが、表面に熱蒸着される。この蒸着された多結晶ＺｎＳは絶縁体となる。そして、２０μｍのフォトレジスト線の上に蒸着されたＺｎＳは、アセトンかまたは適切なフォトレジスト溶剤によって、フォトレジストとともに除去される。最後に、金属電極（典型的には、１００ｎｍのＴｉ、２００ｎｍのＡｕ）が、表面に蒸着される。これらの電極は、典型的には、２０μｍの線を中心にして幅が２００μｍのストライプとして形成される。劈開面ミラーを用いてレーザ共振器が形成される。
【００４０】
別の実施の形態においては、米国特許第５，４０４，０２７号明細書；“ＢＵＲＩＥＤ  ＲＩＤＧＥ  II - VI  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ（リッジ埋め込み型II - VI族レーザダイオード）”、および、本願と同一日付で出願された発明の名称が“ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＥＴＣＨ  ＦＯＲ  II - VI  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ（II - VI族半導体のための選択エッチ）”という同時係属出願に説明されるような技術を用いて、リッジ埋め込み型インデックスガイド式レーザが製造される。この製造プロセスは、まず最初に、II - VI族コンタクト層に５ｎｍのＰｄ、５０ｎｍのＡｕ、および、１ｎｍのＴｉを真空蒸着することによって開始する。一般的な技術を用いて、幅が４μｍのフォトレジストストライプが規定される。金属全部をエッチングし、かつ、上部ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層を部分的にエッチングするのにＸｅ＋イオンエッチングが使用される。そして、試料は濃ＨＣｌ溶液でエッチングされる。ＨＣｌ溶液は、ＢｅＺｎＳｅガイド層よりもＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層をきわめて速くエッチングすることができるので、エッチングは上部ガイド層で選択的に阻止される。オプションとして、上部ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層内において典型的にはガイド層の５０ｎｍ上方にさらなるエッチ阻止層を成長させてもよい。この場合には、選択的なＨＣｌエッチングの後、５０ｎｍのＢｅＭｇＺｎＳｅ層とエッチ阻止層そのものとが残る。この実施の形態は、光学モードをより精密に制御することを可能にし、また、デバイスの動作中における表面再結合（ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を最小限に抑える。エッチ阻止層そのものは、ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層よりもかなりゆっくりとエッチングされる例えばＺｎＳｅ、ＢｅＺｎＳｅ、あるいは、クラッド層よりも少ないＭｇを含んだＢｅＭｇＺｎＳｅのようなどのようなII - VI族の材料であってもよい。よりゆっくりとした選択エッチングを提供するために、ＨＣｌの代わりとしてＨＢｒ溶液が使用されてもよい。
【００４１】
選択エッチングの後、多結晶ＺｎＳが、試料に真空蒸着される。ＺｎＳの厚さはエッチングによってクラッド層が除去された領域をふさぐのに十分なものである。そして、アセトンかまたは適切なフォトレジスト溶剤および超音波を用いて、４μｍのフォトレジスト線の上に蒸着されたＺｎＳが、フォトレジストとともに除去される。そして、最終的な金属電極（典型的には、１００ｎｍのＴｉ、２００ｎｍのＡｕ）が、表面に蒸着される。これらの電極は、典型的には、４μｍの埋め込みリッジを中心にして幅が２００μｍのストライプとして形成される。劈開面ミラーを用いてレーザ共振器が形成される。
【００４２】
製造されたレーザダイオードをインジウムはんだを用いてヒートシンクにはんだ付けすることによって、デバイスから熱が除去される。レーザは、基板電極かまたはヒートシンクにはんだ付けされた上部（エピタキシー側）電極のいずれかを取り付けられてもよい。
【００４３】
好ましい実施の形態に関連して本発明が説明されたが、この分野に精通した者には、本発明の精神と範囲を逸脱することなく形式的にそして詳細に変更できることがわかるであろう。本発明のＢｅを含むII - VI族半導体ダイオードは、電子装置、電子システム、光学データ記録システム、通信システム、電子表示システム、レーザポインターなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるII - VI族半導体レーザダイオードの構造を示す断面図（縮尺率は一定ではない）である。
【図２】本発明を説明するための、様々な組成に対してのバンドギャップと格子定数との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示されるデバイスの発光−電流−電圧をプロットしたグラフである。
【図４】本発明のもう１つの実施の形態によるｎ型コンタクトを上方に有するII - VI族半導体レーザダイオードの構造を示す断面図（縮尺率は一定ではない）である。
【符号の説明】
【００４５】
１０    レーザダイオード
１２    ｎ型ＧａＡｓ基板
１４    ＢｅＭｇＺｎＳｅガイド層
１６    ＢｅＭｇＺｎＳｅガイド層
１８    ＣｄＺｎＳｅ量子井戸
４０    電極
４１    電極
【図１】
2007324607.tif 000003
【図２】
2007324607.tif 000004
【図３】
2007324607.tif 000005
【図４】
2007324607.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月25日(2007.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．  Ｂｅを含んだII - VI族半導体からなるｎ型の導電型を有する第１のクラッド層と、
ｂ．  第１のクラッド層の上に重なるII - VI族半導体からなる第１のガイド層と、
ｃ． 第１のガイド層の上に重なるII - VI族半導体からなる活性層と、
ｄ．  活性層の上に重なるII - VI族半導体からなる第２のガイド層と、
ｅ．  第２のガイド層の上に重なるＢｅを含んだII - VI族半導体からなるｐ型の導電型を有する第２のクラッド層と、
ｆ．  第２のクラッド層に電気的に結合している、Ｂｅを含んだｐ型オーミックコンタクトとを含み、かつ
活性層が、ガイド層のバンドギャップエネルギーよりも少なくとも２００ｍｅＶは小さい光学遷移エネルギーを有し、そして
クラッド層が、クラッド層とガイド層との間で光の閉じ込めを行うのに適当な屈折率の差を提供するのに十分なガイド層のバンドギャップエネルギーよりも少なくとも５０ｍｅＶは大きいバンドギャップエネルギーを有しているII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項２】
ｐ型オーミックコンタクトがディジタル的にグレーディングされた層を含む請求項１に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項３】
第１のクラッド層が、Ｂｅx Ｍｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅからなり、ここで、０＜ｘ≦１、かつ、０≦ｙ≦１であり、そして第２のクラッド層が、Ｂｅx Ｍｇy Ｚｎ1-x-y Ｓｅからなり、ここで、０＜ｘ≦１、かつ、０≦ｙ≦１である請求項１に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項４】
第１のガイド層がＢｅx Ｚｎ1-x Ｓｅ（０＜ｘ≦１）からなり、かつ第２のガイド層がＢｅx Ｚｎ1-x Ｓｅ（０＜ｘ≦１）からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【請求項５】
活性層が、ＣｄＺｎＳｅからなる請求項１に記載のII - VI族化合物半導体レーザダイオード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007324607.tif 000007